Elektroenergetika 1. Termodynamika



Podobné dokumenty
Elektroenergetika 1. Termodynamika a termodynamické oběhy

Blokové schéma Clausius-Rankinova (C-R) cyklu s přihříváním páry je na obrázku.

Parní turbíny Rovnotlaký stupe

Blokové schéma Clausius-Rankinova (C-R) cyklu s přihříváním páry je na obrázku.

Parní turbíny Rovnotlaký stupeň

přednáška č. 6 Elektrárny B1M15ENY Tepelné oběhy: Stavové změny Typy oběhů Možnosti zvýšení účinnosti Ing. Jan Špetlík, Ph.D.

Jednotlivým bodům (n,2,a,e,k) z blokového schématu odpovídají body na T-s a h-s diagramu:

Příklad 1: Bilance turbíny. Řešení:

Termodynamika materiálů. Vztahy a přeměny různých druhů energie při termodynamických dějích podmínky nutné pro uskutečnění fázových přeměn

Zpracování teorie 2010/ /12

Termomechanika 4. přednáška

Termodynamické zákony

Fyzikální chemie. Magda Škvorová KFCH CN463 tel února 2013

5.4 Adiabatický děj Polytropický děj Porovnání dějů Základy tepelných cyklů První zákon termodynamiky pro cykly 42 6.

TERMOMECHANIKA PRO STUDENTY STROJNÍCH FAKULT prof. Ing. Milan Pavelek, CSc. Brno 2013

Termodynamika. T [K ]=t [ 0 C] 273,15 T [ K ]= t [ 0 C] termodynamická teplota: Stavy hmoty. jednotka: 1 K (kelvin) = 1/273,16 část termodynamické

Termodynamika a živé systémy. Helena Uhrová

FYZIKÁLNÍ CHEMIE chemická termodynamika

VYBRANÉ STATĚ Z PROCESNÍHO INŢENÝRSTVÍ cvičení 12

Ideální plyn. Stavová rovnice Děje v ideálním plynu Práce plynu, Kruhový děj, Tepelné motory

2.4 Stavové chování směsí plynů Ideální směs Ideální směs reálných plynů Stavové rovnice pro plynné směsi

Termodynamika pro +EE1 a PEE

Termodynamika. Děj, který není kvazistatický, se nazývá nestatický.

soustava - část prostoru s látkovou náplní oddělená od okolí skutečnými nebo myšlenými stěnami okolí prostor vně uvažované soustavy

IDEÁLNÍ PLYN. Stavová rovnice

Termomechanika 3. přednáška Doc. Dr. RNDr. Miroslav HOLEČEK

Přednášky z lékařské biofyziky Biofyzikální ústav Lékařské fakulty Masarykovy univerzity, Brno

Kontrolní otázky k 1. přednášce z TM

Zvyšování vstupních parametrů

Energetika Osnova předmětu 1) Úvod

Mol. fyz. a termodynamika

12. Termomechanika par, Clausiova-Clapeyronova rovnice, parní tabulky, základni termodynamické děje v oblasti par

Termodynamika 1. UJOP Hostivař 2014

TEPLO A TEPELNÉ STROJE

Termomechanika 6. přednáška Doc. Dr. RNDr. Miroslav Holeček

Tepelná vodivost. střední rychlost. T 1 > T 2 z. teplo přenesené za čas dt: T 1 T 2. tepelný tok střední volná dráha. součinitel tepelné vodivosti

Termodynamika (td.) se obecně zabývá vzájemnými vztahy a přeměnami různých druhů

Digitální učební materiál. III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Příjemce podpory Gymnázium, Jevíčko, A. K.

Termomechanika 5. přednáška

CHEMICKÁ ENERGETIKA. Celá termodynamika je logicky odvozena ze tří základních principů, které mají axiomatický charakter.

Zásobování teplem. Cvičení Ing. Martin NEUŽIL, Ph. D Ústav Energetiky ČVUT FS Technická Praha 6

VYBRANÉ STATĚ Z PROCESNÍHO INŽENÝRSTVÍ cvičení 11

Magnetokalorický jev MCE

Cvičení z termomechaniky Cvičení 7.

Elektrárny A2B13PEL 2015 PEL 1

Do známky zkoušky rovnocenným podílem započítávají získané body ze zápočtového testu.

Cvičení z termomechaniky Cvičení 3.

Termochemie { práce. Práce: W = s F nebo W = F ds. Objemová práce (p vn = vnìj¹í tlak): W = p vn dv. Vratný dìj: p = p vn (ze stavové rovnice) W =

Termodynamika par. Rovnovážný diagram látky 1 pevná fáze, 2 kapalná fáze, 3 plynná fáze

Otázky Termomechanika (2014)

Termomechanika 5. přednáška Michal Hoznedl

Poznámky k cvičením z termomechaniky Cvičení 3.

Teplárenské cykly ZVYŠOVÁNÍ ÚČINNOSTI. Pavel Žitek

Termomechanika 8. přednáška Doc. Dr. RNDr. Miroslav Holeček

Poznámky k semináři z termomechaniky Grafy vody a vodní páry

Stanislav Labík. Ústav fyzikální chemie V CHT Praha budova A, 3. patro u zadního vchodu, místnost

h nadmořská výška [m]

Malé zdroje elektrické energie Úvod, Energie, Transformace energie

ENERGETIKA A ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ

8. Chemické reakce Energetika - Termochemie

IDEÁLNÍ PLYN 14. TEPELNÉ STROJE, PRVNÍ A DRUHÝ TERMODYNAMICKÝ ZÁKON

Příklad 1: V tlakové nádobě o objemu 0,23 m 3 jsou 2 kg vodní páry o tlaku 1,6 MPa. Určete, jestli je pára sytá, mokrá nebo přehřátá, teplotu,

ODBORNÉ VZDĚLÁVÁNÍ ÚŘEDNÍKŮ PRO VÝKON STÁTNÍ SPRÁVY OCHRANY OVZDUŠÍ V ČESKÉ REPUBLICE. Spalování paliv - Kotle Ing. Jan Andreovský Ph.D.

PROCESY V TECHNICE BUDOV 8

1.4. II. věta termodynamiky

ZÁKLADNÍ POJMY V OBLASTI ZÁSOBOVÁNÍ TEPLEM

FYZIKÁLNÍ CHEMIE I: 2. ČÁST

ZÁKLADNÍ POJMY V OBLASTI ZÁSOBOVÁNÍ TEPLEM

12. Termomechanika par, Clausius-Clapeyronova rovnice, parní tabulky, základni termodynamické děje v oblasti par

Termodynamika. Martin Keppert. Katedra materiálového inženýrství a chemie

POPIS VYNÁLEZU K AUTORSKÉMU OSVĚDČENÍ. (Bl) ( 19 ) ČESKOSLOVENSKA SOCIALISTICKÁ. (51) Int Cl* (22) přihlášeno (21) PV P 28 D 1/04

Moravské gymnázium Brno s.r.o. RNDr. Miroslav Štefan

Termodynamické zákony

Thermos teplo Dynamic změna

CVIČENÍ 1 - část 2: MOLLIÉRŮV DIAGRAM A ZMĚNY STAVU VLHKÉHO VZDUCHU

1/62 Zdroje tepla pro CZT

6. Jaký je výkon vařiče, který ohřeje 1 l vody o 40 C během 5 minut? Měrná tepelná kapacita vody je W)

Fyzikální chemie Úvod do studia, základní pojmy

c) vysvětlení jednotlivých veličin ve vztahu pro okamžitou výchylku, jejich jednotky

Molekulová fyzika a termodynamika

Termodynamika ideálních plynů

Výroba elektrické energie

Termodynamika - Formy energie

Kapitoly z fyzikální chemie KFC/KFCH. II. Termodynamika

Elektrárny část II. Tepelné elektrárny. Ing. M. Bešta

Jméno: _ podpis: ročník: č. studenta. Otázky typu A (0.25 bodů za otázku, správně je pouze jedna odpověď)

Cvičení z termomechaniky Cvičení 7 Seminář z termomechaniky

10. Energie a její transformace

PLYNNÉ LÁTKY. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Termika - 2. ročník

Termomechanika cvičení

3.5 Tepelné děje s ideálním plynem stálé hmotnosti, izotermický děj

Fyzikální chemie. 1.2 Termodynamika

Normování spotřeby paliv a energie v parních výrobnách

Doc. Ing. Michal KOLOVRATNÍK, CSc. Doc. Ing. Tomáš DLOUHÝ, CSc.

1/1 PŘEHLED TEORIE A VÝPOČTOVÝCH VZTAHŮ. Základní stavové veličiny látky. Vztahy mezi stavovými veličinami ideálních plynů

VZOROVÝ ZKOUŠKOVÝ TEST z fyzikální chemie( 1

Termodynamika 2. UJOP Hostivař 2014

Parní turbíny a kondenzátory

Transkript:

Elektroenergetika 1 Termodynamika

Termodynamika Popisuje procesy, které zahrnují změny teploty, přeměny energie a vzájemný vztah mezi tepelnou energií a mechanickou prací Opakování fyziky Termodynamický systém Termodynamické zákony Teplo, práce, entalpie, entropie, termodynamické děje,. Elektroenergetika 1 2

Termodynamický systém Část látkového prostoru, který můžeme oddělit od okolí hranicí W Izolovaný nevyměňuje se svým okolím hmotu a energii Q p, V, T Uzavřený nevyměňuje se svým okolím hmotu, vyměňuje energii m Otevřený vyměňuje energii i hmotu Termodynamická rovnováha stav termodyn. systému v němž jsou všechny části v mechanické, tepelné a chemické rovnováze Elektroenergetika 1 3

Termodynamický děj Stavové veličiny popisují termodynamický systém v rovnovážném stavu (p, V, U, T, ) Při přechodu soustavy z jednoho rovnovážného stavu do druhého nastává termodynamický děj Hodnoty stavových veličin nezávisí na způsobu (cestě) jakým změna proběhla Hodnoty nestavových veličin (Q, W) závisí na způsobu (cestě) jakým změna proběhla Rozeznáváme děje Vratné a nevratné vratný děj může probíhat v obou směrech, kdy při obráceném ději soustava projde všemi stavy jako při ději přímém Kruhové počáteční a konečný stav systému jsou stejné Elektroenergetika 1 4

Termodynamické zákony První zákon termodynamiky Změna vnitřní energie izolovaného systému je součtem tepla, které bylo do systému dodáno a práce, která byla na systému vykonána du = δq δw Objemová práce W je změna objemu systému za konstantního tlaku δw = pdv Práce W je kladná pokud systém koná práci energie opouští systém, pokud je práce konána na systému má záporné znaménko energie je přidána do systému Elektroenergetika 1 5

Termodynamické zákony Druhý zákon termodynamiky (pravděpodobnost, empirie) Definice entropie ds = δq T Pro vratné a rovnovážné stavy izolované soustavy ds=0, pro samovolné procesy ds>0 Entropie se nikdy samovolně nezmenšuje Změna entropie při konstantní hodnotě tepla je větší při nižší teplotě Třetí termodynamický zákon Nulové termodynamické teploty nelze žádným způsobem dosáhnout Elektroenergetika 1 6

Entalpie Definice H = U + pv dh = du + pdv + Vdp Izobarický děj dp=0 dh = δq pdv + pdv + Vdp dh = δq Adiabatický děj δq = 0 dh = Vdp = δw Elektroenergetika 1 7

Carnotův oběh Tepelný oběh s nejvyšší tepelnou účinností v daném rozsahu teplot T 1 a T 2, která nezávisí na pracovní látce Sestává ze čtyř stavových změn 1-2 Adiabatická komprese mezi teplotami T 1 a T 2 2-3 Izotermická expanze při teplotě T 2 3-4 Adiabatická expanze při poklesu teploty z T 2 na T 1 4-1 Izotermická komprese při teplotě T 1 Elektroenergetika 1 8

Účinnost Carnotova cyklu Účinnost η = celková mechanická práce systému celková energie spotřebovaná systémem = W Q p Mechanická práce systému W = Q p Q o pak η= Q p Q o Q p =1 Q 0 Q P = 1 T 1 s 1 s 2 T 2 s 1 s 2 = 1 T 1 T 2 Elektroenergetika 1 9

Fázový diagram vody p k Trojný bod vody Teplota 0,01 C a tlak 611 Pa Kritický bod vody Kritická teplota t k = 647,3 C Kritický tlak p k = 22,12 MPa t k Elektroenergetika 1 10

T-s diagram voda-pára Elektroenergetika 1 11

Mollierův diagram vody (h-s diagram vody a páry) Elektroenergetika 1 12

Clausius-Rankinův oběh 1-2-3 Izobarický ohřev a odpar vody 3-4 Izobarické přehřívání páry 4-5 Adiabatická expanze páry v turbíně 5-1 Izobarická kondenzace páry v kondenzátoru Elektroenergetika 1 13

Účinnost Clausius-Rankinova oběhu Vyjádření přijatého tepla Q p = h 4 h 1 Mechanická práce turbíny W = h 4 h 5 Tepelná účinnost C-R cyklu η = W Q p = h 4 h 5 h 4 h 1 Elektroenergetika 1 14

Zvýšení účinnosti Clausius-Rankinova oběhu Zvýšení teploty a tlaku páry Velké nároky na materiálové, konstrukční a bezpečnostní požadavky Elektrárny s nadkritickými parametry Snížení teploty a tlaku kondenzace Limitováno teplotou okolního prostředí Běžné kondenzační teploty 30 C a tlaku 4 kpa Opakování části oběhu s nejvyšší účinností Přihřívání páry ( i vícenásobné) Elektroenergetika 1 15

Zvýšení účinnosti Clausius-Rankinova oběhu přihříváním páry Elektroenergetika 1 16

Regenerační ohřev napajecí vody Přihřívání napajecí vody při dopravě mezi kondenzátorem a kotlem regeneračními ohříváky (tepelné výměníky) Topnou látkou je odebraná pára z turbíny Snížení množství tepla odvedeného bez užitku v kondenzátoru tzn. zvýšení účinnosti Elektroenergetika 1 17

Systém regenearačního ohřevu Elektroenergetika 1 18

Ztráty na turbíně Ztráty třením, ztráty vnitřními netěstnostmi, ztráty změnou směru proudu, rázem páry na vstupu do lopatkové mříže,... Elektroenergetika 1 19

Ztráty v čerpadle Elektroenergetika 1 20

Energetická bilance turbíny m in h a P el m o1 h o1 m o2 h o2mo3h o3 (m in -m o1 -m o2 -m o3 )h e m in h a (m o1 h o1 +m o2 h o2 +m o3 h o3 ) m in m o1 m o2 m o3 h e P el Q z = 0 Q z - zahrnuje ztráty v generátoru a turbíně Pozn.: m značíme hmotnostní tok v kg/s Elektroenergetika 1 21

Energetická bilance regeneračního ohřevu m p c w t 12 VTO1 m o1 h o1 NTO1 m o2 h o2 m k1 c w t k1 m p c w t 11 m o3 h o3 NTO2 m p c w t 22 m p c w t 21 m p c w t 32 m p c w t 31 m k1 c w t k1 (m k1 +m k2 )c w t k2 (m k1 +m k2 )c w t k2 (m k1 +m k2 +m k3 )c w t k3 Elektroenergetika 1 22

Energetická bilance regeneračního VTO1 ohřevu m o1 h o1 + m p c w t 11 m p c w t 12 m k1 c w t k1 = 0 NTO1 m o2 h 02 + m p c w t 21 + m k1 c w t k1 m p c w t 22 m k1 + m k2 c w t k2 = 0 NTO2 m o3 h 03 + m p c w t 31 + (m k1 + m k2 )c w t k2 m p c w t 32 m k1 + m k2 + m k3 c w t k3 = 0 Elektroenergetika 1 23

Energetická bilance kondenzátoru m k h e m k h e + m w c w t w1 m w c w t w2 m k c w t k = 0 m w c w t w1 Tepelný výkon kondenzátoru: Q k = m w c w (t w2 t w1 ) = m k (h e c w t k ) m w c w t w2 m k c w t k Elektroenergetika 1 24

Energetická bilance kotle m p h nv m p h a + m pv q n Q z = 0 Účinnost kotle η k = m(h a h nv ) m pv q n = Q 1 m pv q n Měrná spotřeba tepla q s = 3 600Q 1 P Měrná spotřeba páry m p = 3 600m P (kj/kwh) (kg/kwh) kde P je elektrický výkon a m hmotnostní tok páry m p h a m p h nv m pv q n Q z Elektroenergetika 1 25

Odběr páry z turbíny Protitlaká turbína Teplárenský součinitel α = Q T Q max Q T (GJ/h) max. množství tepla dodaného tepla parou prošlou turbínou Q max (GJ/h) max. množství tepla dodané odběrateli Elektroenergetika 1 26

Odběr páry z turbíny Turbína s regulovaným odběrem páry Umožňuje nezávislou dodávku elektrické a tepelné energie Elektroenergetika 1 27

Braytonův oběh Elektroenergetika 1 28

Paroplynový oběh Elektroenergetika 1 29